Sauerstofflanze

Mann mit einer Sauerstofflanze

Eine Sauerstofflanze (auch thermische Lanze genannt) ist ein technisches Verfahren, in dem gasförmiger Sauerstoff mit hohem Druck durch ein Metallrohr strömt, das am Ende des Rohres mit diesem in einem Brennvorgang reagiert, wobei je nach Metall-Brennstoff sehr hohe Temperaturen entstehen. Technische Konstruktionen mit einer Sauerstofflanze finden für verschiedene Zwecke Anwendung.

Erfunden wurde das Brennverfahren mit Sauerstoff 1901 durch Dr. phil. Ernst Menne. Im Zuge einer Vorführung der Effektivität seines Gerätes öffnete er in Kreuztal (Siegerland) mittels eines an eine Sauerstoffflasche angeschlossenen, 1/8" großen Gasrohrs in Sekunden ein Stichloch am Hochofen, an dem vorher mehrere Schmelzer erfolglos versucht hatten, ein Loch zu stemmen. ^[1]

Schneidbrennen

Neben dem Verfahren bezeichnet der Begriff auch oft direkt diesen Typ von Schneidbrenner, das heißt eines der technischen Geräte, in der das Verfahren der Sauerstofflanze, auch Sauerstoffkernlanze genannt, Anwendung findet. Hier ist auch die Bezeichnung Thermolanze gebräuchlich.

Die Brennerkonstruktion einer Sauerstofflanze besteht aus einem langen Hohlstab, der zur Vergrößerung der Oberfläche mit Stahldrähten gefüllt ist und von gasförmigem Sauerstoff mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit durchflossen wird. Nach Erhitzen und Entzünden der Entzündung am Rohraustritt beginnt das Rohrmaterial unter dem Sauerstoff mit einer stark exothermen Reaktion bei Temperaturen bis zu 5530 °C zu verbrennen.

Die entstehende Feuerlanze wird auf das zu trennende oder zu durchbohrende Material aufgesetzt und ständig nachgeführt. Die Temperaturen reichen aus, auch Stoffe mit sehr hohem Schmelzpunkt zum Schmelzen zu bringen. Die Sauerstofflanze wird für das Durchtrennen von Stahl, Beton (Kies, Sand und Zement), Stahlbeton und Ausmauerungen verwendet. Sauerstofflanzen werden im Katastrophenschutz, aber auch in Eisen- und Stahlwerken eingesetzt (Probeentnahme, Anstich Hochofen). Durch die extrem heiße Verbrennung der Eisendrähte und auch des Eisenrohrs im Sauerstoffstrom sowie dem Strömungsdruck von Flamme und Verbrennungsgas entsteht ein Schneidbrennereffekt, geschmolzenes Material und Verbrennungsgase werden durch die Gasströmung aus der Brennstelle entfernt. Da sich das Rohr am Brennschneid-Gerät durch den Einsatz verzehrt, muss es periodisch ersetzt werden, wenn es zu kurz wird.

Sauerstofflanzen können ohne allzu große Modifikation auch unter Wasser eingesetzt werden; hierzu wird lediglich das verbrennende Stahlrohr z. B. mit Isolierband umwickelt, um eine zu starke Auskühlung, die zu einem Abbruch der Verbrennung führen könnte, zu verhindern.

Stahlerzeugung

Bei der Stahlerzeugung nach dem LD-Verfahren findet sich eine ähnliche Konstruktion zum Frischen des Stahls. Dabei wird Sauerstoff auf die flüssige Schmelze aufgeblasen, und durch die Entkohlung (Verbrennen des überschüssigen Kohlenstoffs) wird Roheisen zu Stahl gewandelt.

Mess- und Analysetechnik

Sauerstofflanzen werden im technischen Bereich auch in Messsonden eingesetzt. Es sind dies in erster Linie "Kurzzeitlanzen" für Temperaturmessungen, EMK-Messungen und zur Entnahme von Proben. Die Messung erfordert einen geringen Zeitaufwand von 10 bis 30 Sekunden. Elektro-Motorische-Kraft-Messungen werden durchgeführt, um kontinuierlich die Aktivität der Eisenbegleiter, insbesondere des Sauerstoffs zu erfassen. Das Messverfahren beruht darauf, dass bei jeder chemischen Reaktion in den äußeren Schalen der Reaktionspartner ein Elektronenaustausch stattfindet (Ionenbindung). Wird nun ein Elektrolyt zwischen die beiden Reaktionspartner geschaltet, so entsteht ein galvanisches Element, wobei der Ionenaustausch als Strom (EMK) gemessen werden kann. Diese Messsonden werden in steigenden Umfang in den Stahlwerken für Kontroll- und Steuerungsmaßnahmen eingesetzt. Als Festelektrolyte für Sauerstoffmesssonden sind nur Oxide geeignet, die gegenüber der Metallschmelze thermodynamisch stabil sind, eine überwiegende, hohe Ionenleitfähigkeit aufweisen und eine ausreichende Temperaturwechselbeständigkeit besitzen. Das reine ZrO₂ ist ein Halbleiter mit einer ausgeprägten Volumenänderung bei der Umwandlung von monokliner zu tetragonaler Struktur im Temperaturintervall zwischen 800 °C und 1200 °C. Durch Zusatz z.B. von CaO kann das ZrO₂ in die stabile Form vom CaF₂-Typ übergeführt werden, die bei der Abkühlung bis Raumtemperatur metastabil erhalten bleibt. Dabei werden verschiedene Zellaufbauten mit Referenzelektroden aus gleichem Elektrolyten (ZrO₂-MgO, ZrO₂-CaO oder ZrO₂-ThO₂) verwendet. Für den Zellenschaft und die Hülle der Elektrode sind verschiedene Materialien und Materialkombinationen im Einsatz. Es werden verwendet:

• Pappe
• Pappe und Kaowool
• Pappe oder gewickelte Kaolinschicht und Zement
• Mit feuerfesten Zement beschichtete Pappe
• Keramik.

Sauerstofflanzen werden in der Stahlindustrie in der Sekundärmetallurgie eingesetzt.

Einzelnachweise

1. ↑ Otto Johannsen (im Auftrag des Vereins Deutscher Eisenhüttenleute): Geschichte des Eisens. 3 Auflage. Verlag Stahleisen mbH, Düsseldorf 1953, S. 439.

Weblinks

 Commons: Thermal- bzw. Sauerstofflanzen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Tragbare Trenntechnik mit über 5.500°C - Möglichkeiten und Einsatzgebiete für Sauerstofflanzen